Металлы на других планетах

Обновлено: 19.09.2024

За последние 100 лет численность населения возросла с 1,5 млрд до более чем 7 млрд человек — это обострило борьбу за и без того ограниченные ресурсы Земли. Технологические компании предлагают выход из этой ситуации — добывать полезные ископаемые в космосе. Однако ученые считают, что ископаемых в Солнечной системе может хватить максимум на 500 лет — затем они истощатся и получать новые ресурсы будет попросту неоткуда: расстояние до ближайшей к системе звезды составляет 4,2 световых года. «Хайтек» рассказывает, почему ученые предлагают решить проблему радикально — превратить 85% Солнечной системы в заповедник, реально ли добыть полезные ископаемые и доставить их на Землю.

Читайте «Хайтек» в

По данным Геологической службы США (USGS), темпы использования железа в промышленности удваиваются каждые 20 лет. Если в 1800 году промышленности по всему миру требовалось 450 тыс. т этого металла, то в 1994 году — уже 900 млн т. К 2016 году этот показатель вырос до 2,2 млрд т — и продолжает расти до сих пор.

Если люди начнут добывать ископаемые на планетах, лунах, астероидах и других телах в Солнечной системе, они частично истощатся примерно через 460 лет, подсчитали ученые Смитсоновской астрофизической обсерватории.

Исследователи обнаружили, что ежегодный прирост в 3,5% израсходует восьмую часть ресурсов Солнечной системы за 400 лет. В этот момент у человечества будет всего 60 лет, чтобы ограничить добычу и избежать полного истощения запасов полезных ископаемых.

«Если мы не задумаемся об этом сейчас и пойдем осваивать ближайшие космические тела, мы продвинемся вперед, а через несколько сотен лет столкнемся с экстремальным кризисом, намного хуже, чем сейчас на Земле. Как только вы заканчиваете добывать ресурсы в Солнечной системе, вам больше некуда идти», — рассказывает Мартин Элвис, старший астрофизик в Смитсоновской астрофизической обсерватории в Кембридже.

У этого ограничения есть две цели: защитить еще не освоенные миры от наихудших проявлений человеческой деятельности и избежать катастрофического будущего, в котором все ресурсы, находящиеся в пределах его досягаемости, будут использованы на постоянной основе. При этом Элвис отмечает, что восьмая часть всего железа в Поясе астероидов более чем в миллион раз превышает оценочные запасы железной руды на Земле, которых может хватить на несколько веков.

Конкретные области, добыча полезных ископаемых в которых окажется под запретом, астрофизики не называют. Этот вопрос требует более детального изучения, поясняют авторы исследования в статье в журнале Acta Astronautica.

Какие запасы полезных ископаемых существуют в Солнечной системе?

Космические тела в Солнечной системе интересуют ученых и предпринимателей с точки зрения добычи трех типов ресурсов — воды, металлов и газов. Вода необходима по большей части для будущих колонизаторов — как в качестве источника влаги для живых организмов, так и в виде топлива для космических кораблей при расщеплении на кислород и водород. Газы и тяжелые металлы (железо, никель, молибден, кобальт, золото, платина и другие) представляют интерес для Земли, где их запасы близки к истощению.

Луна

Естественный спутник Земли не представляет большого интереса в качестве объекта по добыче полезных ископаемых. В первую очередь, потому что Луна представляет собой базальтовое тело — то есть, по сути, ту же скалу, которая образует дно океана.

Самую большую ценность представляет собой гелий-3 — самый легкий из изотопов гелия, который в большом количестве (по разным оценкам, от 500 тыс. т до 2,5 млн т) содержится в поверхностном слое спутника, но редко встречается на Земле. Элемент может использоваться в электростанциях в качестве топлива, практически не загрязняющего окружающую среду. Гипотетически, при термоядерном синтезе, когда в реакцию вступает 1 т гелия-3 с 0,67 т дейтерия, высвобождается энергия, эквивалентная сгоранию 15 млн т нефти.

Поверхность Луны богата гелием-3, который можно использовать как экологичный источник энергии на Земле

Однако Луна, как и Антарктида, защищена международным правом — ни одна страна не может претендовать на права на естественный спутник Земли. Кроме юридических, существуют физические ограничения — скорость убегания Луны. Чтобы вывести 1 кг материала из гравитации спутника, его необходимо разогнать до 2,4 км/с. Для сравнения, для того же самого результата на комете 67P/Чурюмова — Герасименко груз необходимо разогнать лишь до 1 м/c.

Марс

Вторая по близости к Земле планета, Марс, по геологическому строению похожа на нашу. Это значит, что на ней можно обнаружить все основные соединения, такие как железо, алюминий, вольфрам и так далее. Исследователи также обнаружили на Красной планете следы лития, меди, золота, цинка, никеля, кобальта, ниобия и других элементов. Другими словами, можно случайным образом указывать на элементы периодической таблицы Менделеева и с большой долей вероятности угадать те, которые можно найти на Марсе.

Ровер Opportunity также обнаружил на Марсе гематитовые сферы, богатые железной рудой — так называемые марсианские сфероиды. Последние не представляют интереса для промышленности и могут стать ценностью только для коллекционеров. Вода, азот и аргон могут быть использованы только для нужд будущих колонизаторов.

Часть элементов появилась на Марсе в результате астероидной бомбардировки. Другая сформировалась благодаря тому, что Красная планета и Земля образовались из одного облака газа и пыли. Однако концентрация веществ в марсианской почве, с высокой долей вероятности, невелика или сильно варьируется в зависимости от региона. Наряду с высокой стоимостью добычи и доставки ресурсов на Землю это делает Марс малопривлекательным местом для добычи полезных ископаемых для земной промышленности, — чего нельзя сказать о возможных будущих колонистах.

Венера

Венера и Земля — фактически близнецы по размеру, массе, составу и условиям, в которых они сформировались. Как и Земля, Венера имеет большое железное ядро и скалистую силикатную мантию, а ее кора, по аналогии с нашей планетой, базальтовая.

Судя по данным советских исследовательских аппаратов Venera 13, 14 и Vega 2, концентрация кремния, алюминия, магния, железа, кальция, калия, титана, марганца и серы в базальтах Венеры зависит от локации, однако в целом соответствует их концентрации на Земле.

Наблюдения также показали, что залежи этих минералов, вероятно, покрыты слоем полупроводников неизвестного происхождения — возможно, речь идет о железосодержащих минералах, таких как пирит или магнетит. Кроме того, на Венере присутствуют свинец и висмут, которым планета обязана своим ярким свечением на ночном небе.

Однако добыть эти минералы вряд ли удастся — давление на Венере в 92 раза выше, чем на нашей планете. Средняя температура составляет 460 °С — больше, чем на Меркурии, расположенном в два раза ближе к Солнцу. Такого жара хватит, чтобы расплавить свинец. Причина в особенном устройстве атмосферы планеты: вместо того, чтобы нагревать поверхность до тропического климата, как на Земле, облака отражают тепло и выжигают Венеру.

Ситуация усугубляется еще и тем, что на Венере отсутствует кислород — 96% атмосферы состоит из углекислого газа, а несколько раз в день на поверхности выпадают дожди из серной кислоты. Вряд ли хотя бы один известный науке организм проживет в таких условиях больше нескольких секунд, а техника — больше нескольких часов.

Пояс астероидов

Пояс астероидов — главный кандидат на добычу полезных ископаемых на космических телах и самый далекий от Земли среди перечисленных выше космических тел: расстояние от нашей планеты до ближайшей точки в поясе астероидов составляет 1,2 а.е. (180 млн км).

Астероиды в поясе делятся на два типа: водные и каменно-металлические. Первые содержат большое количество воды. Они, в общем-то, бесполезны для землян, но могут быть чрезвычайно ценным ресурсом для будущих космических колонистов: одного «водного» астероида может хватить на долгие-долгие годы снабжения космической колонии. Такой тип астероидов является наиболее распространенным, «водных» астероидов около 75% в нашей Солнечной системе.

Пояс астероидов может стать центром добычи полезных ископаемых в Солнечной системе, но только в далеком будущем — расстояние до ближайшей точки пояса от Земли составляет 180 млн км

В каменно-металлических астероидах много железа, никеля и кобальта. Кроме того, есть и золото, платина, родий, редкоземельные металлы и прочее. Само собой, ученых и представителей бизнеса больше всего интересуют металлические астероиды с максимальным содержанием металлов.

На большинстве астероидов обоих видов содержатся никель, железо, кобальт, на некоторых — платина, золото и аммиак. Проблема заключается в том, чтобы извлечь эти ресурсы и доставить их на Землю.

Экономическая выгода

Кроме того, такие полеты будут очень дорогими — для сравнения, вся программа «Апполон», которая обошлась США в $25 млрд, позволила доставить на Землю лишь 383,7 кг лунного грунта. При этом перед астронавтами не стояла задача по добыче или переработке минералов.

Сейчас НАСА работает над миссией по отправке зонда на астероид Психея. Цель миссии — получить крошечный образец весом около 60 г. Оценочная стоимость миссии — около $1 млрд.

Но затраты могут окупиться — если оценки ученых верны, самый экономически выгодный астероид 253 Mathilde диаметром 2,8 км может принести до $9,53 трлн прибыли. Оценочная стоимость космического тела составляет более $100 трлн.

Наиболее экономически активным считается астероид 2000 BM19, очень маленький объект O-типа (шириной менее 1 км). Он находится достаточно близко к Земле, а его оценочная стоимость составляет $18,50 трлн. Прибыль оценивается в $3,55 трлн. Подробнее с оценкой экономической эффективности разработки астероидов можно ознакомиться здесь.

Юридические вопросы

Юридические ограничения в вопросах, связанных с разработкой астероидов, — это едва ли не самые сложные для будущей космической добывающей индустрии. Могут ли полезные ископаемые на космических телах принадлежать компаниям или частным инвесторам, правительствам или они являются собственностью всего человечества, как следует из Договора о космосе?

Договор о космосе, или Договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну — межправительственный документ, подписанный в 1967 году. Основные положения договора сводятся к запрету размещения ядерного оружия или любого другого оружия массового уничтожения на орбите Земли, Луны или другого космического тела. Документ ограничивает использование Луны и других небесных тел только мирными целями и запрещает предъявлять претензию на владение космическим телом или его частью.

Некоторые страны — например, США и Люксембург — уже приняли законы, которые позволяют частным компаниям получить право на добычу ресурсов в космосе. Однако такие решения пока не согласуются с международным правом и не обсуждались с правительствами других государств.

Пока Договор о космосе, ратифицированный почти 100 странами, предполагает, что ни одна нация не может заявлять свои права на астероиды, планеты или любые другие космические объекты.

Алмазные планеты: откуда в космосе драгоценности и где их искать

В 2021 году ученые открыли планету 55 Cancri e, которую назвали алмазной. Астрономы заявили, что на богатой углеродом экзопланете проходят химические реакции, которых ученые ранее не встречали. Авторы даже предложили выделить такие объекты в отдельный класс — алмазные планеты, а 55 Cancri e станет первой в этом списке. «Хайтек» рассказывает подробнее о самых «дорогих» небесных телах.

Высокое давление, жара и много углерода, при таких условиях на планете невозможно жить, но зато отлично образуются алмазы.

Что такое алмазные планеты?

В научном сообществе такие объекты называют не алмазными, а планетами, богатыми углеродом. Авторы выяснили, что объекты, находящиеся за пределами нашей Солнечной системы и богатые углеродом, могут состоять из алмазов.

По данным телескопа TESS и Кеплера, в нашей галактике есть много объектов, которые не похожи на Землю, и на это есть причины. Планеты формируются из пылевого и газового облака, окружающего звезду. Эта субстанция первоначально сформировала саму звезду, а дальше из остатков получилась планета, которая начинает вращаться вокруг нее. Из этого астрономы сделали вывод, что элементы, входящие в состав планет, уникальны для их звезд.

Поэтому если звезда была богата углеродом, то и образовавшаяся планета тоже будет его содержать. А это — одно из основных условий для формирования алмазов.

Земля — тоже алмазная планета, раз на ней есть алмазы?

Не совсем. На Солнце отношение углерода к кислороду не высокое, поэтому на нашей планете есть много силикатов и оксидов, а еще соединение с кислородом и кремнеземом, но алмазов всего 0,001% от всего состава. Значит, алмазы есть, но их совсем немного.

Но на экзопланетах, которые открывают астрономы, отношение углерода к кислороду выше. Соответственно на них больше материала для создания алмазов. Поэтому астрономы делают вывод, что на этих планетах потенциально могут быть алмазы и их в разы больше, чем образовалось на Земле.

Как выглядят алмазные планеты?

На таких планетах в атмосфере будет много смога, также они насыщены углекислым газом. Их поверхность покрыта осадками, похожими на смолу.

Ученые из университета в Чикаго создали модель того, как внутри богатых углеродом планет формируются алмазы. Условия, необходимые для этого: высокая температура и давление. Тогда карбид кремния вступает в реакцию с водой и в итоге образуются алмазы и диоксид кремния.

На каких планетах могут быть алмазы?

В 2021 году астрономы открыли объект, который назвали 55 Cancri e — это скалистая планета, она в два раза больше Земли и в восемь раз тяжелее. Ее классифицировали как суперземлю. 55 Cancri e вращается вокруг своей звезды всего за 18 часов. В результате температура поверхности достигает 2 148 °C. Такие условия непригодны для жизни, но идеальны для образования алмазов.

Ученые выдвинули гипотезу о том, если на Уране и Нептуне есть высокое давление, то оно может сжать водород с углеродом: из этого получится алмазный дождь. Недавно, в 2020 году эти идею решили проверить: ученые организовали эксперимент, где повторили, то, что может происходить на ледяных планетах-гигантах. В результате авторы смогли зафиксировать дождь из алмазов.

По словам авторов, это выглядит не как обычный дождь на Земле, так как процесс происходит примерно в 7 000 км от поверхности и при высоком давлении. В таких условиях происходит распад метана на водород и углерод. Дальше водород, так как он более легкий, поднимается в атмосферу, а из углерода формируются алмазы.

На Конференции по лунным и планетным наукам презентовали исследование, согласно которому на Меркурии может находиться 16 квадриллионов тонн алмазов. Авторы работы провели моделирование, по его итогам они сделали вывод, что поверхность планеты может быть усеяна алмазами.

Чаще всего в природе чистый углерод можно встретить в форме графита Поэтому он потенциально может превратиться в алмазы, если с планетой столкнется метеорит или другое небесное тело. Под такие условия Меркурий подходит, так как он еще в период ранней вселенной подвергся атаке метеоритов, это произошло в период от 4,1 до 3,8 млрд лет назад.

Где могут скрываться остальные алмазы?

Есть и другие, более далекие кандидаты в планеты, богатые алмазами. Например, это объекты, которые находятся вокруг мертвой звезды PSR 1257+12. Три из этих планет примерно размером с Землю: они могли образоваться в результате разрушения богатой углеродом звезды.

Углеродные планеты также могут быть распространены вблизи центра Галактики, звезды содержат больше углерода, чем на спиральных рукавах. Около последних находится наша солнечная система, она расположена примерно в 26 тыс. световых лет от середины галактики.

Потенциально такие объекты можно использовать для добычи полезных ископаемых, но на данный момент исследователи не знают наверняка, что находится на планетах, названных алмазными. Сейчас любые выводы о количестве там драгоценных камней строятся только на косвенных факторах и математических моделях, а не на реальных наблюдениях.

В космосе есть ресурсы на миллиарды долларов: к 2025 году их хотят осваивать. Главное

Полезные ресурсы можно добывать не только на Земле, но и в космосе. Они могут быть как на планетах, так и на астероидах. Например, один такой астероид 153201 (2000 WO107) пройдет относительно близко от Земли 29 ноября. В его недрах могут находиться полезные ископаемые на $17,4 млрд. Рассказываем, реально ли начать добывать и доставлять их на Землю.

Что за астероид пролетит около Земли?

Речь идет об астероиде 153201 (2000 WO107). Его диаметр составляет от 370 до 820 м. 29 ноября он пролетит мимо Земли на расстоянии, превышающем в 11 раз интервал между планетой и Луной. Эта информация изложена на сайте центра изучения околоземных объектов Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США.

Астероид был открыт в ноябре 2000 года. Регулярные наблюдения за ним ведутся 17 лет. Небесное тело причислено к потенциально опасным для Земли объектам. По оценке NASA, 153201 приблизится к Земле на расстояние меньшее, чем до Луны, 1 декабря 2140 года.

Специализированный сайт Asterank включил 153201 в список более 600 тыс. астероидов с вероятно ценными ископаемыми. Сотрудники ресурса полагают, что недра этого объекта — никель, железо и кобальт — могут достигать стоимости $17,4 млрд. Гипотетическая прибыль от освоения оценивается в почти $726 млн.

Где еще можно добывать полезные ископаемые?

Различные минералы и летучие элементы, находящиеся в составе пород астероида или кометы, могут служить источником железа, никеля и титана. Кроме того, предполагается, что некоторые астероиды содержат в своем составе водосодержащие минералы, из которых можно получить воду и кислород, необходимые для поддержания жизни, а также водород — один из основных видов ракетного топлива.

При достаточном уровне развития техники добыча на астероиде таких элементов, как платина, кобальт и других редких минералов с последующей их доставкой на Землю может приносить очень большую прибыль. В ценах 1997 года сравнительно небольшой металлический астероид диаметром в 1,5 км содержал в себе различных металлов, в том числе драгоценных, на сумму 20 триллионов долларов США.

Фактически всё золото, кобальт, железо, марганец, молибден, никель, осмий, палладий, платина, рений, родий и рутений, которые сейчас добываются из верхних слоев Земли, являются остатками астероидов, упавших на Землю во время ранней метеоритной бомбардировки, когда после остывания коры на планету обрушилось огромное количество астероидного материала.

Из-за большой массы более 4 млрд лет назад на Земле начала происходить дифференциация недр, в результате чего большинство тяжелых элементов под действием гравитации опустилось к ядру планеты, поэтому кора оказалась обедненной ими. А на большинстве астероидов из-за незначительной массы никогда не происходила дифференциация недр, и все химические элементы распределены в них более равномерно.

А кому будут принадлежать ресурсы космоса?

Бурение астероидов — непростая затея с технической точки зрения. Она невозможна без серьезных капитальных вложений как от государств, так и из частного сектора. Есть еще один вопрос: международные сообщества и национальные парламенты до сих пор не решили, кому принадлежат права на добытые в космосе ресурсы.

Главные источники международного права в космосе:

На сегодня самый прогрессивный правовой режим космической деятельности сложился в США. В 2015-м Конгресс принял Закон о конкурентоспособности коммерческих космических запусков (Commercial Space Launch Competitiveness Act), который впервые закрепил право частной собственности на ресурсы, добытые в космосе.

Американский гражданин, занимающийся коммерческим освоением ресурсов астероидов и космических ресурсов, имеет право на такой полученный ресурс астероида или космический ресурс, включая право владеть, быть собственником, перемещать, использовать и продавать такой ресурс, извлеченный в соответствии с применимым правом, включая международные обязательства США.

Из Закона о конкурентоспособности коммерческих космических запусков

На сегодняшний день в России не существует единого акта, регулирующего вопросы освоения космоса и космических объектов. Регулирование отрасли состоит из разрозненных актов.

Наиболее подробную регламентацию имеют правоотношения по поводу падающих метеоритов (астероидов, которые упали).

Отправной точкой служит норма статьи 33 закона «О недрах», устанавливающая обязанность недропользователя сообщить органам, предоставляющим лицензию на ведение космической деятельности, о нахождении метеорита в недрах на земельном участке, на котором осуществляется недропользование.

В случае обнаружения при пользовании недрами редких геологических и минералогических образований, метеоритов, палеонтологических, археологических и других объектов, представляющих интерес для науки или культуры, пользователи недр обязаны приостановить работы на соответствующем участке и сообщить об этом органам, предоставившим лицензию.

Закон «О недрах»

Кто и как будет осваивать ресурсы?

Кроме того, различные способы ведения разработки полезных ископаемых на астероидах предлагает и частная компания Planetary Resources, созданная при участии Джеймса Кемерона и Ларри Пейджа. Цель этой компании — разработка технологии, позволяющей добывать полезные ископаемые на астероидах. Аналогичную деятельность ведет и компания Deep Space Industries. Ее основатель — Рик Тамлинсон.

Конгресс США активно работает по вопросу добычи полезных ископаемых в космосе, разрабатывая закон, открывающий возможность американским компаний добывать ресурсы на астероидах. Закон называется Space Resource Exploration and Utilization Act of 2015, говорится следующее: «любые ресурсы, добытые на астероиде в космосе, являются собственностью лица или организации, которые получили эти ресурсы, все права принадлежат добытчикам».

Еще одна страна заявила о том, что она намерена заниматься межгалактической добычей. Это Люксембург. В этом году Министерство экономики страны начало создавать законодательную базу, позволяющую начать разработку астероидов — добычу как минералов, так и различных металлов. Причем, в отличие от программы США, принять участие в этой программе может любая компания, у которой есть в Люксембурге свое представительство.

Согласно законодательству, компании, которые планируют заняться разработкой околоземных объектов, получают право на добытые ресурсы. Люксембург же будет лишь выдавать лицензии и вести мониторинг добывающих компаний.

Недавно к этому числу присоединилась и Россия. Президент Российской академии наук Александр Сергеев поручил создать в структуре Совета РАН по космосу экспертную рабочую группу по космическим ресурсам, которая займется изучением вопросов научного и правового обеспечения добычи полезных ископаемых в космосе

Создать в структуре совета «Экспертную рабочую группу по космическим ресурсам» для обсуждения научных и правовых аспектов исследования, использования и будущего освоения космических ресурсов.

Решение совета РАН

Когда начнется освоение ресурсов?

Американский Институт Кека, исследующий космос заявил, что к 2025 году можно будет «захватить» и доставить астероид в 500 тонн на окололунную орбиту.

Остальные миссии и полеты направлены на потенциальное изучение и расширение наших знаний о недрах планет и астероидов.

Например, на 2022 год запланирована миссия NASA по изучению металлического астероида 16 Психея, с помощью которого можно изучать происхождение планетных ядер. Планируется что запуск будет произведён с помощью ракеты Falcon Heavy в июле 2022 года. В качестве попутной нагрузки в космос будут выведены несколько малых аппаратов: два аппарата EscaPADE для исследования атмосферы Марса и два аппарата Janus для исследования двойных астероидов (предварительно определены две потенциальные цели: 1991 VH и 1996 FG3).

А на 2025 год заявлена российская автоматическая межпланетная станция (АМС), предназначенная для доставки образцов грунта с естественного спутника Марса, Фобоса, на Землю. Она направлена на определения физико-химических характеристик грунта Фобоса, исследований происхождения спутников Марса, процессов взаимодействия его атмосферы и поверхности, взаимодействия малых тел Солнечной системы с солнечным ветром.

Добыча полезных ископаемых на астероидах: кто и почему собирается этим заниматься

Полезные ископаемые жизненно необходимы для современной цивилизации. Мы используем все больше ресурсов, и вскоре, как предполагают многие ученые, ряда ресурсов может оказаться недостаточно для продолжения развития в текущем темпе. Металлургия, автомобилестроение, производство электроники, научная сфера, аэрокосмическая промышленность и многое другое зависит от полезных ископаемых. Предвидя грядущий дефицит, специалисты уже давно говорят о том, что добывать ископаемые нужно в космосе — на других планетах и астероидах. Насколько можно судить, астероиды являются действительно перспективным источником нужных человеку химических элементов и их соединений.

Максимальный интерес пока что вызывают два типа астероидов — водные и металлические (или же каменно-металлические). Что касается первых, то они содержат большое количество воды. Доставлять воду на Землю пока нет смысла, но вот если у человека появятся колонии на Луне, Марсе или других планетах и планетоидах, тогда такие астероиды можно отправлять к колониям. Одного водного астероида хватит на многие годы снабжения космической колонии. Кстати, это наиболее распространенный вид астероидов — их в Солнечной системе около 75%.

Почему астероиды — это хорошо

В металлических или каменно-металлических астероидах много таких металлов, как железо, никель и кобальт. Конечно, есть и другие элементы, которые могут пригодиться человеку: золото, платина, родий, редкоземельные металлы. Они могут быть полезными не только для колонистов, но и для промышленности Земли.

Перспективными для разработки астероидами являются те из них, которые можно приблизить к Земле с минимальными затратами энергии. Подобные астероиды ученые предлагают переводить к одной из орбит рядом с точками Лагранжа L1 и L2, где их можно оставлять в относительной неподвижности. Обе орбиты удалены от Земли примерно на миллион километров.

На данный момент в Солнечной системе обнаружены сотни тысяч астероидов, в каталоге их содержится уже около 700 тысяч. Орбиты большей части (почти полумиллиона) определены с удовлетворительной точностью, а сами астероиды получили официальный каталожный номер. Около 20 000 небесных тел имеют официально утвержденные наименования. Эксперты утверждают, что в Солнечной системе, скорее всего, находится от 1,1 до 1,9 миллиона объектов, размер которых превышает 1 км. Больше всего астероидов, конечно, в поясе астероидов, который расположен между орбитами Юпитера и Марса. Эту область также часто называют главным поясом астероидов или просто главным поясом, подчёркивая тем самым её отличие от других подобных областей скопления малых планет, таких как пояс Койпера за орбитой Нептуна, а также скопления объектов рассеянного диска и облака Оорта.

Не так давно шотландские ученые попытались оценить перспективность добычи полезных ископаемых на ряде объектов, близких к нам. В расчет брались затраты энергии, расстояние до объекта, возможность изменения орбиты астероида и ряд других факторов. На основе этого были выбраны 12 разных астероидов, которые, по мнению шотландцев, можно начать разрабатывать уже сейчас или же в ближайшем будущем.

Кто и как будет добывать?

Программа США

Закон разрабатывается Конгрессом для того, чтобы защитить интересы американских компаний. Здесь, как уже писалось ранее, есть большая проблема. А именно — соглашение от 1967 года, согласно которому все, что добывается в космосе, принадлежит всем нациям. Это соглашение носит название «Outer Space Treaty» и в США у него много сторонников. Тем не менее, в ходе дебатов конгрессмены предложили считать, что это соглашение, на самом деле, вовсе не закон, а просто полуофициальный документ, у которого нет юридической силы. В 67-м году вряд ли кто-то думал, что разработка астероидов начнется в скором времени, поэтому сам документ был составлен в качестве красивого жеста. Сейчас же эта сфера уже не просто пища для размышлений для писателей фантастов, но и предмет интереса коммерческих организаций и правительств ряда стран.

Люксембург впереди планеты всей

США действуют достаточно активно в плане развитие своей «астероидной» компании, но есть еще одна страна, которая работает в этом направлении не менее энергично. Речь идет о Люксембурге. В этом году Министерство экономики страны начало создавать законодательную базу, позволяющую начать разработку астероидов — добычу как минералов, так и различных металлов. Причем, в отличие от программы США, принять участие в этой программе может любая компания, у которой есть в Люксембурге свое представительство.

Почему Люксембург? Ведь эту страну сложно разглядеть даже на относительно масштабной карте Европы, не говоря уже о карте мира. Люксембург никогда не отправлял космические корабли на орбиту, своего космодрома здесь нет, космической программы — тоже. Население же Великого Герцогства составляет всего 500 тысяч человек. И тем не менее, правительство страны считает, что добыча ископаемых на астероидах — перспективное занятие.

Много лет в Люксембурге добывали железную руду, в но в 70-е годы прошлого века эта сфера пострадала от кризиса и правительство приняло решение диверсифицировать как промышленность, так и экономическую сферу. Своей космической программы здесь нет, да, но зато в Люксембурге, например, работает компания SES, чья сфера деятельности — спутники. Она была основана еще в 1985 году. Эта компания является одним из крупнейших операторов спутников в мире. Сейчас SES управляет полусотней спутников на орбите. Кроме этой компании в Люксембурге действуют и другие.

Planetary Resources, упомянутая выше — одна из таких компаний. В ноябре она инвестировала около $26 млн в экономику Люксембурга «Я уверен, что Люксембург, как никакая другая страна в мире, возлагает надежды на коммерческую разработку астероидов», — говорит СЕО Planetar Resources Крис Левицки (Chris Lewicki). «Они (правительство страны, — прим. ред.) предпринимают ряд шагов, включая разработку законодательной базы, которая помогает создать необходимую среду для бизнеса, планирующего участвовать в разработке астероидов». Planetary Resources разработала спутник, Arkyd 6, который предназначен для обнаружения воды на астероидах. Запустить этот спутник планируется весной 2017 года. После этого компания планирует начать уже полноценную разработку, к 2020 году.

Программа по разработке астероидов создается при участии экспертов по праву, ученых, астронавтов и руководителей космических программ разных стран и организаций. По плану, предложенном правительством Люксембурга, новое законодательство должно вступить в силу уже в 2017 году.

Преимущества и недостатки добычи полезных ископаемых на астероидах

Близость к Земле — некоторые астероиды находятся к нам достаточно близко, так что отправка пилотируемой или автоматической миссии к этим объектам не является неподъемной для человека задачей;
Уже сейчас эксперты выделяют тысячи и тысячи перспективных объектов, с течением времени их количество будет только увеличиваться, по мере изучения учеными;
В астероидах может быть большое количество полезных ископаемых, включая железо и редкие на Земле элементы;
Астероиды могут быть полезным ресурсом как для колонистов будущих колоний на Луне или Марсе, так и для землян.

Низкая гравитация на астероидах — людям, которые будут работать в качестве «космических шахтеров» придется непросто;
Большая часть перспективных астероидов находятся далеко от Земли, и поступление солнечной энергии на большинстве в несколько раз меньше, нежели на Земле, так что и солнечных элементов нужно больше;
Большое количество астероидов могут оказаться бесполезными для человека;
Астероид может столкнуться с себе подобным небесным телом.

Как бы там ни было, но прямо сейчас разрабатывать астероиды готовятся как коммерческие, так и государственные организации. Это позволяет говорить о том, что раз уж эксперты, ученые и предприниматели считают добычу полезных ископаемых на астероидах перспективным делом, то, вероятно, это так и есть.

Добыча полезных ископаемых на других планетах

Разговоры о добыче полезных ископаемых на небесных телах кажутся либо абсолютной фантастикой, либо делом далекого будущего. Однако уже сегодня есть люди, которые готовы перевести эти разговоры в практическую плоскость и мало-помалу превращать фантастику в бизнес-стратегию.

В нынешнем апреле группа инвесторов совместно с несколькими ветеранами аэрокосмической области учредила новую компанию, Planetary Resources, чья задача состоит в разработке полезных ископаемых, содержащихся в астероидах. «Ставка на прорыв в научно-технической сфере подразумевает исключительный коммерческий риск», — говорит сопредседатель в правлении этого стартапа Питер Диамандис. Компания поддерживается такими первопроходцами в технической сфере, как гендиректор компании Google Ларри Пейдж, кинорежиссер и изобретатель Джеймс Кэмерон, гуру программирования из компании Microsoft Чарльз Симоний. Конечно, все эти люди не рассчитывают на быстрый возврат инвестиций. «Полеты к астероидам начнутся уже через несколько лет, — говорит другой сопредседатель Эрик Андерсон, — но мы планируем нашу деятельность в расчете на столетнюю перспективу развития этой отрасли».

Шаг 1. Анализируем перспективы

Прежде чем начать добычу полезных ископаемых в космосе, компании Planetary Resources нужно подобрать астероид, который пообещал бы при разработке хорошую экономическую отдачу. Однако астероиды – это не звезды, а небольшие темные небесные тела, которые очень трудно разглядеть через толщу земной атмосферы. Лучше всего было бы охотиться на них с помощью телескопа, подвешенного в космическом пространстве. Вот почему в штаб-квартире компании Planetary Resources, расположенной в Бельвю, штат Вашингтон, президент компании, а по совместительству и ее главный инженер Крис Левицки уже приступил к сборке телескопа серии Arkyd 100. Это будет первый космический телескоп во владении частной компании.

Воду. Хондритовый астероид (С-типа) диаметром всего 7 м может содержать в себе 100 тонн воды. Она может потребоваться для синтеза ракетного топлива или для жизнеобеспечения астронавтов.
Металлы. Металлический астероид размером 24 м может содержать 33000 тонн пригодного к использованию металла. Одной только платины в нем содержится количество, эквивалентное 50 миллионам долларов. Вот только смогут ли космические згорнодобытчики воспользоваться этими богатствами?

Космический аппарат весом всего 20 кг будет поменьше и попроще, чем любой из космических телескопов, построенных на государственные средства. Hubble, например, обошедшийся казне в полтора миллиарда долларов, имеет первичное зеркало диаметром 235 см, а зеркало телескопа Arkyd составит в диаметре всего-то 22,5 см. Hubble обладает широким полем зрения и набором инструментов, позволяющих сканировать глубины космического пространства. Arkyd нацелен на гораздо более простую задачу – поиск объектов пределах Солнечной системы. Малые размеры – большая экономия. Стоимость вывода таких аппаратов на орбиту можно радикально снизить, запуская их в качестве дополнительного груза вместе с крупными спутниками на чужих ракетах-носителях.

Planetary Resources собирается построить целый флот таких малоразмерных космических телескопов, снизив стоимость каждого как минимум до $10 млн. Такая стратегия позволяет и подстраховаться на случай отказа одного из аппаратов. «Необходимо поставить эту работу на конвейер, — говорит Левицки (ранее он в Лаборатории реактивного движения занимался темой полетов на Марс). — Неправильно было бы вложить все средства в один драгоценный аппарат, чтобы потом носиться с ним как с писаной торбой».

На этом этапе компания уже совершит первую попытку окупить свои капиталовложения, сдавая в аренду аппараты Arkyd 100. Телескопы космического базирования могут заинтересовать и астрономов, и тех ученых, которым было бы интересно исследовать земную поверхность с разрешением около 2 м на пиксель. Первый свой аппарат Planetary Resources планирует запустить уже к концу 2013 года, а какова будет стоимость аренды, руководство компании пока не решило.

При разработке космических полезных ископаемых вода будет цениться намного дороже золота. Ее ценность становится наглядной, если вспомнить, из каких элементов она состоит. Водород — то самое, что нужно для перезарядки топливных элементов, при повторном соединении водорода с кислородом мы получим весьма энергоемкое топливо. Воду намного дешевле будет находить в космосе, чем доставлять с Земли. Ведь запуск в космос каждого килограмма обойдется в десятки тысяч долларов. Компания Planetary Resources может извлекать прибыль, продавая добытую в космосе воду каким-либо государственным космическим агентствам или частным космоперевозчикам. Цена такой воды может быть ниже, чем стоимость ее доставки с Земли, и при этом такая торговля может оказаться весьма прибыльной.

Лучшими источниками H2O могут считаться астероиды из углеродистого хондрита. Как говорит Джон Льюис, заслуженный профессор Университета Аризоны и автор книги «Полезные ископаемые в небесах», упомянутые выше астероиды (их еще называют астероидами С-класса) имеют рыхлую, хрупкую структуру. «Кубик такого минерала можно раздавить, просто сжав между большим и указательным пальцами». На таком астероиде бурение не потребуется — чтобы извлечь воду, достаточно будет просто скоблить его поверхность.

Сотрудник NASA стоит перед шестью сегментами главного зеркала из космического телескопа Джеймса Уэбба. Пионеры внеземной геологоразведки станут первыми частными владельцами космических телескопов. Возможно, они даже будут сдавать их в аренду.

Шаг 2. Найти и «застолбить» участок

Космические телескопы засекли какой-то перспективный в плане разработки космический объект. Теперь у нас есть только один способ выяснить, чего стоят содержащиеся в нем ресурсы – подобраться к нему поближе.

Дальнейший сценарий в компании Planetary Resources представляют себе так. Целая стая роботов-разведчиков направляется в сторону обнаруженного астероида (он относится к классу «околоземных астероидов» или NEA) и облетает его со всех сторон. «Наши межпланетные зонды будут стоить во много раз меньше, чем нынешние модели, а для этого необходимо радикально изменить подход к задаче», — говорит Диамандис. Новый вид реактивного движителя, который при этом имеется в виду, агентство NASA уже дважды использовало в исследованиях глубокого космоса. Речь идет ионном двигателе, в котором поток ионизированного газа (ксенона), разгоняются в электростатическом поле. В результате формируется тяга, которая неспешно, в течение нескольких лет способна разогнать космический аппарат до приличных скоростей. Процесс довольно медленный, но к финишу скорость может превышать 300 000 км/час.

Интересующие нас астероиды будут, скорее всего, иметь в диаметре километр-полтора. Небесные тела таких размеров слишком малы, чтобы породить заметную силу притяжения. Посадка космического аппарата на такой «камень» просто невозможна. Здесь, скорее, следует говорить о «стыковке». Зонд медленно приблизится к поверхности астероида, мягко коснется цели, после чего нужно будет задействовать что-то вроде якоря. Если для этой цели использовать кошки или крючья, есть вероятность, что якорная лапа выворотит из поверхности кусок породы, а сам аппарат, ударившись, отлетит от астероида. Разумнее было бы использовать какие-то буровые устройства, которые могли бы ввинчиваться в посадочную площадку, надежно удерживая аппарат на поверхности планеты.

После этого робот может провести химический анализ породы, определить, есть ли там вода и какие-либо металлы. Результаты анализа будут переданы на Землю. Идеальным для такого экспресс-анализа можно было бы считать спектроскоп на базе лазерно-индуцированного пробоя среды (LIBS). При этой методике под воздействием лазерного луча поверхность образца испаряется, после чего соответствующие датчики могут анализировать свет, излученный плазмой, возникшей в результате испарения, и фиксировать наличие в образце тех или иных элементов. Первые аппараты, построенные на принципе LIBS, ChemCam, будут задействованы при исследовании чужих миров, когда ровер Curiosity достигнет Марса на борту отправленного NASA космического аппарата.

Астероид пойман и готов к доставке. Для дальнейшего обследования и переработки астероиды можно подтащить поближе к Земле. В своем апрельском отчете Институт космических исследований Кека, действующий при Калифорнийском технологическом институте, расписал, как можно было бы перевести один из астероидов на лунную орбиту. Такое космическое тело могло бы стать для астронавтов весьма привлекательной тренировочной площадкой. «Выполнение этой программы будет очередным шагом на пути в солнечную систему», - говорит один из руководителей проекта Луис Фридман. На иллюстрации: 1.Обмеры. Комплекс лазеров и радаров выдает информацию о размерах астероида. После этого космический аппарат развертывает свой высокопрочный сачок до нужного размера. Конструкция из надувных лап, соединенных между собой тросами, должна плотно охватить пойманный астероид. 2.Отлов жертвы. Итак, астероид пойман в сачок. Датчики, закрепленные на конструкции снаружи, позволяют убедиться, что астероид не греется и не теряет свой водный запас. 3.Доставка домой. Аппарат отправляется в долгий обратный путь к лунной орбите. Эта дорога может занять шесть лет, и только по прибытии будет начата разработка астероида.

Зонд-разведчик может также пометить выбранный астероид, закрепив на его поверхности радиомаячок. Как утверждают в руководстве компании, такой маячок нужен не только для того, чтобы облегчить в дальнейшем поиск выбранного астероида. «Установка радиомаяка может служить неким юридическим жестом, подтверждающим право владения», — говорит Диамандис.

Вопрос о претензиях частной компании на какой-либо астероид пока слабо отражен в международном законодательстве. В 1967 году был заключен Договор по космосу, а сейчас его ратифицировало более сотни государств. Уже в будущем десятилетии перед юристами встанет задача как-то зафиксировать в этом договоре права предпринимателей из частного сектора. Но, скорее всего, подтвердится известное изречение о том, что владение — 9/10 права, и простой радиопередатчик, укрепленный на астероиде, вполне сможет гарантировать права собственности той компании, что установила маячок.

Робот-прототип, разработанный в Лаборатории реактивного движения NASA, вместо опор имеет 750 стальных крючков. Они цепляются к шершавым поверхностям, не позволяя роботу в условиях слабого притяжения отцепиться от поверхности астероида и улететь в космическое пространство.

Итак, представим себе, как рой горнодобывающих роботов, цепляясь за поверхность астероида своими когтистыми лапками, с хрустом грызет насыщенный водой слой грунта, используя для этого нечто вроде хоботков. Тем временем другие аппараты пылесосят поверхность планеты, следуя по стопам добытчиков и утрамбовывая остатки их деятельности. После этого умелые машины будут упаковывать грунт, то есть реголит, в специальные герметичные контейнеры. Эти роботы будут ползать, ходить или летать, регулярно навещая «горнообогатительную фабрику», «висящую» над поверхностью астероида или просто пришвартованную к нему намертво. Там реголит разогреют, выпарят из него воду и соберут ее в баки хранилища.

Инфраструктура добычи полезных ископаемых в космосе. С 2009 по 2011 год агентство NASA с помощью своего космического телескопа WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) создавало сводный каталог астероидов, имеющихся в Солнечной системе. В поясе между Марсом и Юпитером было обнаружено 100 000 ранее неизвестных астероидов. 19500 астероидов среднего размера обнаружилось неподалеку от Земли. Зафиксировано 4700 крупных астероидов, попадающих в пределы относительной космической близости к Земле (критерием считался радиус 8 миллионов километров, и такие астероиды объявлялись потенциально опасными). В NASA считают, что в данный каталог попало только 30% из числа таких потенциально опасных астероидов.

Более сложные задачи встанут перед космическими горнодобытчиками, если они решатся на добычу металлов. Астероиды М-типа, представляющие собой просто здоровенные глыбы металла, окажутся крепким орешком для космического горнорудного предприятия. Таково мнение Гарри Максуина, геолога из Университета штата Теннесси и председателя группы исследования поверхности астероида в экспедиции Dawn, которую NASA организовало для исследования астероидов. Сама попытка закрепиться на поверхности такого небесного тела уже будет представлять собой достаточно сложную задачу. О бурении металлического массива можно забыть — как и о попытке отпилить от него кусок, чтобы забрать его на переработку. «Только подумайте, сколько на это уйдет энергии, и вы поймете, что задача не слишком-то реалистична», — говорит Максуин.

Магнитные грабли. В некоторых случаях для добычи драгоценных металлов не потребуется рыть никаких шахт. Достаточно будет граблей или гребешка с магнитами на каждом зубце. Стоит пройтись такой бороной по поверхности реголита, и в условиях малой гравитации зерна драгметаллов сами прилипнут к зубьям.
Сито, действующее при слабых гравитационных силах. Вот вам повод для реверансов перед золотоискателями старой закалки. В 2009 году ученые попробовали использовать вибростол для просеивания грунта через решето, чтобы отделить частицы того размера, который является оптимальным для дальнейшей переработки. Эта система продемонстрировала работоспособность при нулевой гравитации, которую создавали полетом самолета по параболической траектории.
Якоря для швартовки к астероиду. В условиях практически нулевой гравитации приземлиться на астероид – непростая задача. Ничуть не проще в такой обстановке вести добычу ископаемых. В лаборатории реактивного движения при NASA разрабатываются сейчас механизмы для забивки в грунт астероида клиньев, ориентированных под разными углами – так они должны держаться существенно надежнее. С другой стороны, компания Honeybee Robotics занимается сейчас разработкой ввинчивающихся буров, которые должны еще надежнее крепить космические аппараты к поверхности астероида.

Правда, по расчетам Льюиса, некоторые из астероидов могут состоять из металла всего на 30%, где металлы представляют собой железо-никель-кобальтовый сплав или сплав платиновой группы. Как он говорит, «велик соблазн просто взять магнит и с его помощью извлечь крупинки металла из раздробленного реголита».

С продавцом все ясно, но кто будет покупателем? Кому потребуется товар, который космические горняки добыли с таким трудом?
Металлы платиновой группы – вот надежда на быстрое обогащение. Это один из редких видов продукции, добытой в космосе, которую рентабельно доставлять на Землю. «Эти металлы широко используются сейчас во многих распространенных современных технологических процессах», — говорит Левицки. Металлы платиновой группы просто незаменимы в автомобильных катализаторах, в производстве силикона и стекла. Они присутствуют в компьютерных жестких дисках, в автомобильных свечах, где, подавляя коррозию, они продлевают жизнь свечи до пробега в 160000 км. В медицине эти металлы незаменимы благодаря их совместимости с биологическими тканями.
Допустим, у нас есть 500-тонный астероид, в котором содержится 0,0015 процента металлов платиновой группы. Это ведь не так плохо и втрое превышает концентрацию в самых богатых месторождениях платины, известных сейчас на Земле. Как говорит Левицки, «если радикально увеличить количество доступной на Земле платины, мы станем свидетелями зарождения новых отраслей производства, которые нам трудно сейчас даже представить».
Однако большая часть веществ, добытых на астероидах, найдет своего покупателя только в весьма отдаленном будущем, когда дальние космические путешествия станут обычным занятием для обитателей Земли. Вот тогда станут необходимы внеземные перевалочные базы, где астронавты, направляясь в дальние края, смогут пополнить запасы воды и топлива. А сейчас – раз нет таких покупателей, значит, не нужны и такие предложения на рынке космических услуг.
Под таким же углом можно рассматривать и проекты, связанные с добычей обычных конструкционных металлов. Они обретут реальность только тогда, когда космические корабли и станции станут производить не на Земле, а на орбите. Разумеется, производство каких-то конструкций в условиях открытого космоса выглядит весьма привлекательно, если сознавать, что мы таким образом экономим на доставке с Земли готовых блоков, однако это направление, если понимать его как вид коммерческой деятельности, всегда будет под угрозой со стороны космических перевозчиков, которые стремятся придумать новые, более дешевые способы вывода земных товаров на орбиту.
Если наступит эпоха, когда обитатели орбитальных станций будут питаться со своих огородов, среди товаров, предлагаемых на космическом рынке появятся не только железо и сталь. Возникнет спрос на азот и аммиак, которые необходимы в космическом земледелии как удобрения. Если человечество начнет всерьез обживаться в космосе, такие отрасли производства и сегменты рынка станут вполне актуальны. Как выразился Льюис, «мы говорим о тех отраслях промышленности, которые помогут обрезать пуповину, связывающую нас с родной планетой».
Проекты компании Planetary Resources – это не просто бизнес-план. Это написанная в самых радужных красках картина, призывающая нас поддерживать дальнейшие космические исследования. Это слово в защиту самых дерзких мечтаний, которые человечество когда-нибудь сделает реальностью.

Вполне возможно, некоторые металлические астероиды имело бы смысл целиком подтянуть поближе к Земле — хотя бы до лунной орбиты. «В них может содержаться такое количество металла, что стоит задуматься, как бы прихватить всю такую штуковину целиком», — говорит Льюис.

Читайте также: